CN104485509A - 一种面向超市和仓储rfid系统的空分天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向超市和仓储高频RFID的空分天线，通过采用空分覆盖的思想，在阅读器提供有限功率的情况下，采用多个覆盖较小区域的多匝线圈的串/并组合来实现一个覆盖较大区域的阅读器天线。结果表明，在13.56MHz频段回波损耗小于-10dB，满足对30厘米×90厘米大小的典型货架上商品标签的识读需要。本发明具有结构简单、体积相对较小、重量轻、剖面低、成本低、易于集成批量加工等特点，可广泛应用于超市和仓储的高频系统中。

Description

一种面向超市和仓储RFID系统的空分天线

技术领域

本发明属于移动通信系统和无线通信领域，具体涉及一种面向超市和仓储RFID系统的空分天线。

背景技术

无线射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)，是近年来新兴的一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或者电磁耦合)传输特性，实现对被识别物体的自动识别。在超市和仓储系统中，RFID技术能发挥重要的作用。现在尤其是大的面向仓储型的超市，在供货以及货源的补充上都要求有准确货物信息。

由于超市或者是仓储式的货架上商品的摆放很密集，如果是采用低频、超高频或者是微波频段系统的阅读器天线，都因其频段特性给实际应用带来诸多问题。因此考虑货架的层数较多，标签也较为密集的环境特点，采用空分覆盖的思想来设计一种工作于13.56MHz频率下的高频阅读器天线，即在阅读器提供有限功率的情况下，采用多个覆盖较小区域的多匝线圈的串/并组合来实现一个覆盖较大区域的阅读器天线。并采取多个阅读器天线，利用其有限的覆盖范围，根据天线所在位置信息定位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向超市和仓储RFID系统的空分天线，实现结构简单、体积相对较小、重量轻、剖面低、成本低、易于集成批量加工。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种面向超市和仓储RFID系统的空分天线，包括介质基板8，位于介质基板8一面上的主辐射单元1-6，介质基板8另一面上的馈源端。

进一步，一种面向超市和仓储RFID系统的空分天线，所述主辐射单元1-6各为两匝梯形线圈，其中主辐射单元1和2、3和4、5和6各自串联成三个大线圈。

进一步，一种面向超市和仓储RFID系统的空分天线，串联后的三组大线圈再并联与馈线7相连，馈线7直接引入馈源端并与外部的阻抗匹配电路相连。

进一步，一种面向超市和仓储RFID系统的空分天线，介质基板8采用FR4材料，在主辐射单元1-6采用先串联后并联的空分思想下，对主辐射单元结构进行优化设计。

通过优化主辐射单元的形状规格参数及串并设计方案，最大限度的降低了天线对于多标签阅读的漏读率。

本发明主要是采用空分覆盖的思想来设计天线，即在阅读器提供有限功率的情况下，采用多个覆盖较小区域的多匝线圈的串/并组合来实现一个覆盖较大区域的阅读器天线。采用这种方案设计出来的阅读器天线不仅可以使阅读器具有阅读较大平面区域标签的能力，而且可使阅读器具有阅读立体空间标签的能力，同时能实现小电流，低功耗的效果。

由于HF频段天线的覆盖范围较小，因此需采用多天线以达到全区覆盖。货架的层数较多，标签也较为密集，考虑多层密布环境的特点，可以采用空分定位的方法。即采取多个HF阅读器天线，利用其有限的覆盖范围，根据天线所在位置信息定位。

同时，本发明介质基板采用PCB板常用的FR4材料，降低了制作成本，而且本发明具有高增益、损耗低、结构简单等特点，简易的匹配电路设计便于与其他电路集成，应用范围广泛。

附图说明

图1本设计天线结构的正面示意图。

图2同向电流与产生磁场的关系。

图3反向电流与产生磁场的关系

图4本设计天线匹配电路示意图。

图5本设计天线的S11参数图。

图中：1主辐射单元、2主辐射单元、3主辐射单元、4主辐射单元、5主辐射单元、6主辐射单元、7馈线、8介质基板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。

图1为本设计的正面示意图。本实施例以13.56MHz空分天线为例进行说明。本实施例为一种面向超市和仓储RFID系统的空分天线，包括介质基板8，位于介质基板8一面上的主辐射单元1-6，介质基板8另一面上的馈源端。所述主辐射单元1-6各为两匝梯形线圈，其中主辐射单元1和2、3和4、5和6各自串联成三个大线圈，串联后的三组大线圈再并联与馈线7相连，馈线7直接引入馈源端并与外部的阻抗匹配电路相连。

本实施例天线在设计时应注意线圈中电流流向问题，在将多个独立的线圈组合起来时，可能存在一个磁场相互干扰的问题，如图2和图3所示。从图中可以看出，如果是电流同向，则两条导线就要尽量靠近；如果是电流反向，则两条导线之间要留出一定的距离，这样才可以保证电流产生的磁场不会被抵消。

本实施例天线的匹配电路采用电容匹配进行设计。一个电感耦合的RFID系统天线的性能与天线的品质因数Q值有很大关系。一般来说，较高Q值在天线线圈中产生高电流，提高传输功率；但Q值过高就会使带宽变窄，这与读写器所要求的带宽矛盾。而品质因数Q与电感以及并联等效电阻Rr有关。并联等效电阻Rr和Q之间的关系如下所示：

R_r＝2πfLQ

在实际设计中很难准确地确定天线的等效电阻，所以一般是根据具体情况先确定一个Q值，然后求出等效电阻。因为天线输入端使用的是50欧姆传输线，要达到天线的阻抗匹配，就需要天线的等效电阻与其相互匹配。所以可以通过在天线两端并联电阻的方式，使其电阻相互匹配，同时也起到了调节Q值的作用。另外，要使回路达到完全的谐振，还需要并联可调电容，对电路实现微调，这样得到的匹配电路结构如图4所示。

通过优化主辐射单元的形状及串并设计，当两个主辐射单元采用双匝、串联构成的辐射线圈时，可以解决简单矩形线圈的磁场分布不均问题。此时得到天线在13.56MHz的回波损耗S11在-10dB以下，如图5所示，满足RFID系统要求。

Claims (4)

1.一种面向超市和仓储RFID系统的空分天线，包括介质基板(8)，位于介质基板(8)一面上的主辐射单元组(1-6)，介质基板(8)另一面上的馈源端。

2.如权利要求1所述的面向超市和仓储RFID系统的空分天线，其特征在于：所述主辐射单元组（1-6）各为两匝梯形线圈，其中主辐射单元（1）和（2）串联、主辐射单元（3）和（4）串联、主辐射单元（5）和（6）串联各自成三个大线圈。

3.如权利要求2所述的面向超市和仓储RFID系统的空分天线，其特征在于：串联后的三组大线圈再并联后与馈线（7）相连，馈线（7）直接引入馈源端后与阻抗匹配电路及后级电路构成回路。

4.如权利要求2所述的面向超市和仓储RFID系统的空分天线，其特征在于：介质基板(8)采用FR4材料，在主辐射单元(1-6)采用先串后并的空分思想下，对主辐射单元结构进行优化设计。